一种全参数化建立预应力钢束模型的方法与流程

本发明涉及桥梁预应力钢束三维模型的全参数化建立技术，更具体地来说它是一种全参数化建立预应力钢束模型的方法。

背景技术：

随着桥梁工程的快速发展，预应力混凝土连续梁(连续刚构)桥修建越来越普及。对预应力混凝土连续梁(连续刚构)桥而言，随着跨径的增大，钢束的增多，存在着大量平弯、竖弯空间组合的钢束，导致预应力钢束的形状及其布置变得愈发复杂。基于传统二维的方式判断预应力钢束之间、钢束与普通钢筋之间以及钢束与箱梁之间的干涉与位置关系较为困难。而通过三维模型可以快速直观地看到预应力钢束在模型中的布置，判定是否存在干涉。预应力钢束的设计是一个不断调整的过程，需要三维模型能够快速响应设计的变更，参数化程度要求高。因此，建立全参数化的预应力钢束三维模型对桥梁设计有着重要的意义。

目前，桥梁预应力钢束三维模型的建模常用的方法是以钢束关键点(非有理)样条拟合出钢束空间轴线，该方法以钢束关键点(空间)坐标作为输入，简单高效，但精度缺乏保证，受控于样点个数和拟合方法。亦有通过平弯和竖弯曲线来创建钢束三维模型，该方法以平弯和竖弯关键点(平面)坐标作为输入，缺乏钢束定位信息，而且只适合顶板类钢束创建，并不适合建立以曲线为参照的底板钢束，综合上述，桥梁预应力钢束三维模型创建方法多以关键点(空间和平面)作为输入条件，抛弃了设计过程，采用中间结果作为输入条件，均不是真正意义上的三维设计。

技术实现要素：

本发明的目的为了克服上述背景技术的不足之处，而提供一种全参数化建立预应力钢束模型的方法，该方法以预应力钢束平弯和竖弯设计参数作为输入，提供一种正向参数化建立预应力钢束三维模型的方法，以满足桥梁预应力钢束三维设计的需要。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是这样的：在参数约定的基础上进行正向建模，主要步骤包括：

步骤1，根据平弯参数建立预应力钢束平弯曲线；

步骤2，根据竖弯参数建立预应力钢束竖弯曲线；

步骤3，根据平弯竖弯曲线生成预应力钢束空间轴线，沿轴线扫掠生成实体，构建出全参数化的预应力钢束三维模型。

在上述技术方案中，所述的参数约定主要包括：定位约定，以钢束平弯曲线中点在桥轴线上的投影为原点，轴线方向为X轴，横桥向为Y轴，高程为Z轴，并约定平弯面为xy平面，竖弯面为xz平面，钢束在横断面yz平面的定位参数约定：y0、z0，其中底板仅用y0控制；平弯参数约定，Ez、平弯半径R₁、平弯转角θ₁、L₁、L₃；顶板钢束竖弯参数约定，Ey、竖弯半径R2、竖弯转角θ2；底板钢束竖弯参数约定，E0、底板束保护层厚度h、竖弯半径R2、竖弯转角θ2。

在上述技术方案中，步骤1还包括以下步骤：

步骤1-1，在平弯面上根据y0建立平弯中点O₁，根据平弯参数Ez、平弯转角θ₁、L₁和L₃，推导各导线点的增量坐标：PC(dx＝(L₃/2+R₁*tan(θ₁/2)),dy＝0)相对于O1，PB(dx＝±(dx+Ez/tan(θ₁)),dy＝dy+Ez)相对于PC，PA(dx＝±(dx+R₁*tan(θ₁/2)),0)相对于PB，建立导线点，依次直线连接PA、PB、PC、PC1、PB1、PA1，生成平弯导线；

步骤1-2，根据平弯参数圆角半径R₁倒圆，并与导线修剪，生成平弯线。

在上述技术方案中，所述的步骤2还包括以下步骤：

步骤2-1，对于顶板钢束，将平弯线中点、起点和终点在竖弯面上投影，生成临时点O2、PT和PT1，可得点O2与PT和PT1的水平距离x0；根据竖弯参数Ey、竖弯转角θ₂，推导竖弯导线点坐标：PA(±x0，z0+Ey*dir),PB(dx＝±Ey/tan(θ₂),dy＝-Ey*dir)相对于PA,依次建立导线点PA、PB、PB1、PA1，并直线连接，生成竖弯导线；

步骤2-2，对于底板钢束，需准备参考曲线，一般为底板边缘线，将参考曲线偏移h，得到曲线C0；将参考曲线偏移E0得到曲线C1,过平弯线端点PT做横断面与曲线C1相交得到PA点；过点PA做与水平夹角为θ2的直线与曲线C0相交得PB；同样方法可得到PA1和PB1，修剪直线和曲线C0，生成竖弯导线；

步骤2-3，根据竖弯参数圆角半径R₂对竖弯导线做倒圆，生成竖弯线。

在上述技术方案中，所述的步骤3还包括以下步骤：

步骤3-1，将平弯线沿平弯面法线方向拉伸，将竖弯线沿竖弯面法线方向拉伸，拉伸距离足够大，确保两个曲面相交，交线即为预应力钢束空间轴线；

步骤3-2，根据横截面半径沿空间轴线扫掠生成预应力钢束三维实体模型。

本发明的有益效果是：以最简单的设计参数描述复杂多样的预应力钢束，通过上述参数约定和建模方法，可精确的建立全参数化的桥梁预应力钢束三维模型。构建过程输入参数意义明确，三维模型准确可靠，能够快速响应设计变更。基于预应力三维模型可进行钢束碰撞检测、参数表提取、二维出图、导入有限元分析计算等应用，结合计算机软件工程，对开发预应力钢束专用三维设计软件具有一定的指导意义。

附图说明

图1本发明建模流程图。

图2本发明实施例定位坐标系约定。

图3本发明实施例钢束平竖弯参数。

图4本发明实施例顶板平弯线。

图5本发明实施例顶板竖弯线。

图6本发明实施例底板竖弯线。

图7本发明实施例钢束空间轴线。

图8本发明实施例预应力钢束空间实体模型。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已，同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。

本发明所述一种全参数化建立预应力钢束模型的方法，在参数约定的基础上进行正向建模，如图1所示，主要步骤包括：

步骤1，根据平弯参数建立预应力钢束平弯曲线；

步骤2，根据竖弯参数建立预应力钢束竖弯曲线；

步骤3，根据平弯竖弯曲线生成预应力钢束空间轴线，沿轴线扫掠生成实体，构建出全参数化的预应力钢束三维模型。

结合一种连续刚构桥顶板预应力钢束设计实施例，首先，进行参数约定：

定位约定：以钢束平弯曲线中点在桥轴线上的投影为原点，轴线方向为X轴，横桥向为Y轴，高程为Z轴，并约定平弯面为xy平面，竖弯面为xz平面，钢束在横断面yz平面的定位参数约定：y0、z0，其中底板仅用y0控制，如图2所示。

如图3所示，平弯参数约定：Ez、平弯半径R₁、平弯转角θ₁、L₁、L₃。

顶板钢束竖弯参数约定：Ey、竖弯半径R2、竖弯转角θ2。

底板钢束竖弯参数约定：E0、底板束保护层厚度h、竖弯半径R2、竖弯转角θ2，由于底板钢束在定位上只有y0，故此处与顶板竖弯相比会多一个底板束保护层厚度h。

其余要素均可通过运算获取。特别的，当预应力钢束左右不对称时，需要额外添加不对称的参数。

同时约定类型参数：顶板钢束竖弯类型，底板钢束竖弯类型等。

根据以上约定，建模过程中，顶板钢束和底板建模步骤一致，因此，一种全参数化建立预应力钢束的建模步骤是：

步骤1，根据平弯参数建立预应力钢束平弯曲线

步骤1-1，在平弯面上根据y0建立平弯中点O₁，根据平弯参数Ez、平弯转角θ₁、L₁和L₃，推导各导线点的增量坐标：PC(dx＝(L₃/2+R₁*tan(θ₁/2)),dy＝0)相对于O1，PB(dx＝±(dx+Ez/tan(θ₁)),dy＝dy+Ez)相对于PC，PA(dx＝±(dx+R₁*tan(θ₁/2)),0)相对于PB，建立导线点，依次直线连接PA、PB、PC、PC1、PB1、PA1，生成平弯导线。

步骤1-2，根据平弯参数圆角半径R₁倒圆，并与导线修剪，生成平弯线如图4所示。

步骤2，根据竖弯参数建立预应力钢束竖弯曲线；

步骤2-1，对于顶板钢束，将平弯线中点、起点和终点在竖弯面上投影，生成临时点O2、PT和PT1，可得点O2与PT和PT1的水平距离x0。根据竖弯参数Ey、竖弯转角θ₂，推导竖弯导线点坐标：PA(±x0，z0+Ey*dir),PB(dx＝±Ey/tan(θ₂),dy＝-Ey*dir)相对于PA,依次建立导线点PA、PB、PB1、PA1，并直线连接，生成竖弯导线，如图5所示。

步骤2-2，对于底板钢束，需准备参考曲线，一般为底板边缘线。1，将参考曲线偏移h，得到曲线C0；2，将参考曲线偏移E0得到曲线C1,过平弯线端点PT做横断面与曲线C1相交得到PA点；3，过点PA做与水平夹角为θ2的直线与曲线C0相交得PB；同样方法可得到PA1和PB1。修剪直线和曲线C0，生成竖弯导线，如图6所示。

步骤2-3，根据竖弯参数圆角半径R₂对竖弯导线做倒圆，生成竖弯线。

步骤3，建立预应力钢束空间轴线，沿轴线扫掠生成实体；

步骤3-1，将平弯线沿平弯面法线方向拉伸，将竖弯线沿竖弯面法线方向拉伸，拉伸距离足够大，确保两个曲面相交，交线即为预应力钢束空间轴线，如图7所示。

步骤3-2，根据横截面半径沿空间轴线扫掠生成预应力钢束三维实体模型，如图8所示。

未详细说明的均为现有技术。